今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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冷蔵庫の開閉は1回いくら?~再冷却の消費電力
【今日の料理】 2011/7/9 夕食
 妻が,センター試験の問題集を買ってきました.「数学ⅠA・ⅡB」です.二重根号の開き方が分かるか?という問いに,刺激を受けたそうです.
 早速,私も問題集を開いてみましたが,驚くべきことに,字が小さすぎて読めません.まさか,こんな基本的なところでつまずくとは,思いもよりませんでした.高校生は,すごいですね.

 妻の歯痛が治らないので,引き続き「やわらかメニュー」です.
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★米飯

★煮びたし,なす・山芋
 なすをヤマサ昆布つゆで煮た後,かつお節と山芋(すりおろし)を加えました.

★めかじきバジル焼き
 めかじきの切り身の,バジルオイルで調味済みのものです.見切り品で,3切れ=198円でした.思ったよりも塩辛くなく,おいしく頂けました.

★トマト

★豚肉いんげん炒め煮
 昼食の残り.しょうゆと蜂蜜に漬けた豚肉と,いんげん・人参を,炒め煮しました.時間が経ったほうが,味(特に甘み)が染みて,おいしくなっていました.

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【今日の料理工学】 冷蔵庫の開閉は1回いくら?~再冷却の消費電力
 巷の節電ブームに乗って,今日も節電ばなしです.

 家庭での消費電力が多い機器は,エアコン,冷蔵庫,照明,の順だそうです[1].今日は,冷蔵庫について,検討します.
[1]省エネルギーセンターHP;家庭の省エネ大辞典
 http://www.eccj.or.jp/dict/index.html
 冷蔵庫は,1日中稼動させていなければなりません.したがって,冷蔵庫で省エネをしようとすると,稼働時間でなく,使い方を見直すしかありません.文献[1]によると,次のような使い方で,省エネ(消費電力量の削減)ができるそうです.
 ・詰め込み過ぎない.
 ・開ける回数を減らす.
 ・開けている時間を短くする.
 ・設定温度を弱めにする.
 ・壁から離して設置する.

 夏場になると,飲み物を取り出す頻度が増えます.このため,冷蔵庫の開閉回数が増えます.冷蔵庫の開閉によって,どれくらいの電力が,余計に必要になるのでしょうか?今回は,この点について,検討します.


★検討方法
 検討には,当方所有の冷蔵庫を用います.
 ・松下電器産業(当時),冷凍冷蔵庫,NR-B172J
 ・年間消費電力量:460kWh
 ・冷蔵室の容積:124L(=0.124m^3)

 冷蔵庫を開けると,内部の冷えた空気が,外に逃げます.そして,逃げた空気の代わりに,周囲の暖かい空気が,冷蔵庫の中に入ります.
 単純のため,冷蔵庫を開ける時間が長いときを考えます.ここで,以下を仮定します.
 ・冷蔵庫を開けると,冷えた空気と周囲の空気が,完全に入れ替わる.
 ・冷蔵された食品からは,熱は逃げない(食品は温度を保つ).

 上のように仮定すると,冷蔵庫を開けることによる,冷蔵庫内のエネルギーの増分ΔE[J]は,次式1のようになります.
<式1>
 ΔE=c×ρ×V×ΔT
 ここで,
 ・c :空気の比熱[J/kg・K] =1000J/kg・K
 ・ρ :空気の密度[kg/m^3] =1.3kg/m^3
 ・V :冷蔵庫の容積[m^3] =0.124m^3
 ・ΔT:冷えた空気と周囲の空気の温度差[℃]
 室温を30℃,庫内の温度を5℃とすると,ΔT=25℃,です.
 
 冷蔵庫の冷却効率をηとすると,上のエネルギーΔE[J]を庫外に運ぶための消費電力量Ew[J]は,次式2となります.
<式2>
 Ew=ΔE/η
 冷却効率ηは,冷蔵庫本体および説明書には,記載されていません.そこで,同じヒートポンプを利用した機器であるエアコンの値を参考にしました(過去の記事参照).ここでは,η=4とします(ヒートポンプなので,投入したエネルギー以上のエネルギーを運べる).
 
 また,電力の単価は,以前に調べた我が家の値として,以下とします.
 電力単価=6.05×10^-6[円/J]

 以上の説明に基づいて,冷蔵庫を1回開けたときにかかるコストを,算出しました.


★検討結果
 冷蔵庫を開けることによる,庫内のエネルギー増分ΔEは,次のようになりました.
  ΔE=4030[J]=1.12[Wh]
 このエネルギーを庫外に運ぶための消費電力量Ewは,次のようになります.
  Ew=1000[J]=0.279[Wh]
 したがって,冷蔵庫を1回あけたときのコストC[円]は,次のようになりました.
  C=1000[J]×6.05×10^-6[円/J]=0.0061[円]
 1日100回開けると,約0.6円のコストとなります.これは,とても安いように感じます.

 文献[1]でも,冷蔵庫の開閉による消費電力が紹介されています.これによると,1日に冷蔵庫25回+冷凍庫8回の開閉(開放時間=10秒)を行うと,年間で10.4kWhだけ消費電力が増すとされています(この値は,実験に基づくもののようです).この値を,開閉1回に換算すると,次のようになります.
  10.4[kWh]÷365日÷(25+8)回=0.863[Wh]=3100[J]
 開閉1回あたりのコストは,
  3100[J]×6.05×10^-6[円/J]=0.019[円]
 1日100回開けると,約2円のコストです.上の検討よりも,やや高くなっていますが,それほどのコストではありません.
 当方の検討と,文献[1]の記載とで,開閉1回あたりの消費電力量が異なるのは,次の理由のためと考えられます.
 ・当方の検討では,食材の温度上昇を無視したが,実際には温度上昇がある.
 ・当方の検討では,比較的小型の冷蔵庫なので,暖かい空気の量が少ない.
 ・冷却効率ηの見積もりが,適切でなかった(η=4では大きすぎた).


★開閉を控えたときの節電効果は?
 最後に,冷蔵庫を開ける回数を減らす努力をすると,どれだけ節電できるかを,検討します.
 ・条件A:1時間に10回開ける.
 ・条件B:1時間に1回開ける.
 条件AとBでは,開ける回数が9回違います.9回開けたときの消費電力量は(文献[1]からの結果を用いて),
  0.863[Wh/回]×9回=7.8[Wh]
 文献[2]によると,在宅世帯の日中の平均的消費電力は,約1200W(14時)です.1時間では,1200Whとなります.開閉を減らしたことによる節電効果は,次のように計算できます.
  7.8[Wh]÷1200[Wh]=0.0065=0.65%
[2]経済産業省;家庭向け節電サイト
 http://seikatsu.setsuden.go.jp

 この数字を見る限り,冷蔵庫の開閉を減らすことは,あまり効果的な節電対策ではなさそうです.ただ,庫内の温度があまりに高くなると,冷蔵庫がフルパワーで運転を始めるかもしれません.このため,ピーク消費電力は大幅に増す可能性がありそうです.(特に,安価な冷蔵庫はオンオフ制御なので,消費電力の変動が激しいと推定されます.)


【今回の結論】
 冷蔵庫を1回開けることによる電力コストは,0.01~0.02円程度と推定されます.冷蔵庫の開閉を控えることによる節電効果は,あまり高くなさそうです.


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